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华南师大利用飞秒激光烧蚀制备球形镓纳米颗粒 直径仅为50-300nm

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发表于 2019-5-10 21:27:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
镓纳米颗粒近年来引起了科学家们的广泛兴趣,因为镓不仅是在紫外区域具有表面等离子体共振的金属,而且是具有低熔点的相变材料。镓纳米颗粒的紫外等离子体共振的潜在应用包括光存储、环境修复、荧光和表面增强拉曼光谱。与在紫外区域中表现出等离子体共振的其他金属相比,由于其存在薄的自然氧化物壳层,镓纳米颗粒能够在大气中保持稳定。此外,镓纳米颗粒的另一个有趣特征是所谓的过冷/过热现象,且相变温度在很大程度上取决于它的尺寸。 因此,镓纳米颗粒的这一独特性质使得我们可以在室温下系统研究液态镓纳米颗粒的线性和非线性光学性质、定向辐射的操纵、以及相变对其光学性质的影响。
近年来在光学频率下工作的高效宽带纳米级光发射器引起了极大的兴趣,例如超紧凑光学芯片、生物成像、纳米光谱学和有源光子器件。有效的纳米级白光源的实现仍然是主要的基本挑战。大金属纳米颗粒的表面等离子体共振通常看起来非常宽,电场增强相对较弱。因此使用飞秒激光脉冲激发金属纳米颗粒,只会产生非常弱的光致发光。然而,通过将它们带到薄金属膜的表面可以显著改变这种情况。已知金属纳米粒子的可以通过薄金属膜诱导出镜像偶极子,水平方向的电偶极子与其镜像偶极子的相互作用可以形成具有较窄线宽的磁偶极子。如果采用飞秒激光脉冲在镜像磁偶极共振处激发金属纳米颗粒时,可以有效地增强光致发光。此外,由宽模式和窄模式的相干相互作用可以形成所谓的Fano共振,导致显著增强的电场,对于增强光学非线性非常有用。
华南师范大学信息光电子科技学院兰胜教授研究小组首次报道了利用飞秒激光烧蚀制备直径范围为50至300nm的球形镓纳米颗粒的方法。他们发现制备的镓纳米球由液态镓核和固态二三氧化二镓壳组成,呈现出跨越紫外到近红外光谱区的表面等离子体共振。在飞秒激光的激发下,放置在玻璃上的镓纳米球仅观察到二次谐波。形成鲜明对比的是,当将这些镓纳米球放置在薄银膜上时,在飞秒激光激发下可以产生显著的白光辐射。通过数值模拟发现在镓纳米球的后向散射光谱中形成了源自镜像诱导的磁偶极共振和间隙等离子体模式之间干涉的Fano共振。通过共振激励磁偶极共振或Fano共振,可以实现有效的白光发射。通过对镓纳米球的发光强与激发强度的依赖进行分析,镓纳米球的发射的白光属于热电子带内荧光。实验观察结果与基于液态镓复折射率的数值模拟结果非常一致。
研究者相信,此项研究在纳米白光光源、生物成像以及有源光子器件中具有潜在应用。相关论文在线发表在Laser & Photonics Review (DOI: 10.1002/lpor.201800214)上。

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